Đề tài khoa học công nghệ cấp 4 nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất biodiesel từ vi tảo của việt nam

Bảng 3.4 : Khối lượng chất khô tảo g/l thu được ứng với phương pháp ly tâm và cô đặc màng ở các mật độ ban đầu khác nhau nuôi ở môi trường đạm thấp ĐT và Hannay H.. Đánh giá sự phủ hợp

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIODIESEL

TỪ VI TẢO CỦA VIỆT NAM

Mã số : B2008 – 12 – 66 Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS TRƯƠNG VĨNH

TP HCM 3/2011

Chöông 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2

2.1 Qui trình chung sản xuất biodiesel 2 2.2 Các nội dung thực hiện 2

Chöông 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3

3.1 Nội dung 1: Khảo sát nguồn nguyên liệu vi tảo trong nước, thí nghiệm thăm dò sinh khối và đo đạc cơ bản 3 3.2 Nội dung 2: Thiết kế, chế tạo các thiết bị phục vụ đề án 3 3.3 Nội dung 3: Nghiên cứu hàm lượng dầu nuôi qui mô phòng thí nghiệm và khảo sát thu hồi tảo, chiết tách dầu tảo.

5 3.4 Nội dung 4: Nghiên cứu tăng hàm lượng dầu trong tảo 9 3.5 Nội dung 5: Nghiên cứu hàm lượng dầu và sinh khối tảo nuôi qui mô pilot 12 3.6 Nội dung 6: Nghiên cứu tinh chế dầu và xác định các tính chất hoá lý của dầu tảo 12 3.7 Nội dung 7: Khảo sát phản ứng biodiesel và đánh giá chất lượng biodiesel từ tảo 17 3.8 Nội dung 8: Thử nghiệm trên động cơ diesel 17

Bảng 3.3: Bảng kết quả phân tích thí nghiệm nuôi nước thải bình 500 ml 5Error!

Bookmark not defined

Bảng 3.4 : Khối lượng chất khô tảo (g/l) thu được ứng với phương pháp ly tâm và cô đặc màng ở các mật độ

ban đầu khác nhau nuôi ở môi trường đạm thấp (ĐT) và Hannay (H) 6

Bảng 3.5: So sánh thời gian lọc của phương pháp màng lọc và ly tâm 6

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát hàm lượng dầu theo độ ẩm 7

Bảng 3.7 Kết quả khảo sát hàm lượng dầu theo thời gian ly trích 7

Bảng 3.8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng tảo khô lên tỉ lệ ly trích dầu 7

Bảng 3.9 Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ nước/ethanol lên hiệu suất ly trích dầu 8

Bảng 3.10 Kết quả ảnh hưởng của thời gian ngâm lên hiê ̣u suất ly trích dầu khi có siêu âm 8

Bảng 3.11 So sánh kết quả các phương pháp ly trích 9

Bảng 3.12: Tỉ lệ dầu (%) của tảo Chlorella trong môi trường nitơ cải tiến có và không bổ sung axít citric.

9

Bảng 3.13: Môi trường tối ưu cho hàm lượng dầu cực đại 11

Bảng 3.14: Bảng bố trí thí nghiệm xử lý Fe 11

Bảng 3.15: Kết quả tốt nhất của thí nghiệm xử lý Fe 12

Error! Bookmark not defined.Bảng 3.16: Kết qua ̉ tinh chế dầu bằng phương pháp sắc ký cô ̣t silicagel

Bảng 3.17: Kết quả tinh chế dầu bằng phương pháp hấp phụ đất sét 13

Bảng 3.18: Kết quả tinh chế dầu bằng phương pháp acid 13

Bảng 3.19: Kết quả tinh chế dầu bằng phương pháp silicagel và acid 13

Bảng 3.20: Kết quả tinh chế dầu bằng phương pháp đất sét và acid 14

Bảng 3.21: Kết quả tổng kết các phương pháp tinh chế dầu 14

Bảng 3.22: Kết quả chỉ số acid của dầu tảo 14

Bảng 3.23: Kết quả chỉ số savon hóa của dầu tảo 15

Bảng 3.24a: Thành phần acid béo của dầu tảo Chlorella vul 15

Bảng 3.24b: So sánh thành phần acid béo tảo Chlorella vulgaris từ nhiều tác giả 16

Bảng 3.25: Kết quả thành phần methyl ester của biodiesel từ tảo 17

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị quang hợp sinh học tuần hoàn (QHSH) 4

Hình 3.2: Cấu tạo cụm màng lọc Lưới lọc vải dùng thay cho màng ceramic,

Hình 4.1: Qui trình công nghệ nuôi tảo định hướng nhiều dầu 19

Hình 4.2: Qui trình công nghệ thu hoạch và chế biến biodiesel từ vi tảo 20

Đề tài cấp bộ B2008-12-06 iv

HPLC : High Performance Liquid Chromatography

FAME : Fatty Acid Methyl Ester

GTGT : Giá trị gia tăng

EERE : Cục Năng lượng về hiệu quả và năng lượng tái tạo Hoa Kỳ

HHNL1 : Môi trường đạm thấp cải tiến

ĐT : Môi trường đạm thấp

H : Môi trường Hannay

DTU : Môi trường đạm thấp tối ưu

OD : Optical Density

MĐTB : Mật độ tế bào

AV : Chỉ số acid

SV : Chỉ số savon hóa

Đề tài cấp bộ B2008-12-06 vi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Đơn vị: Bộ môn Công Nghệ Hoá Học

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

Tên đề tài: Nghiên cứu qui trình công nghệ sản xuất Biodiesel từ vi tảo của Việt nam

Mã số: B2008 – 12- 66

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Trương Vĩnh

Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM

Thời gian thực hiện: 24 tháng, kể từ 04-2008 đến 04-2010

2 Mục tiêu của đề tài:

1 Khảo sát các nguồn vi tảo trong nước thích hợp cho nguyên liệu sản xuất biodiesel

2 Nghiên cứu qui trình công nghệ nuôi tảo sản xuất được dầu biodiesel ở điều kiện nước ngọt và nước mặn ở Việt nam

3 Đánh giá sự phủ hợp của dầu tảo để sản xuất biodiesel nuôi trong điều kiện Việt nam

4 Đánh giá chất lượng biodiesel sản xuất trong điều kiện nguồn tảo ở Việt Nam

5 Tìm qui trình tối ưu cho các công đoạn cô đặc, chiết dầu, chuyển đổi dầu thành biodiesel, thu hồi methanol và tận dụng phụ phẩm để bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất biodiesel trong điều kiện Việt nam

3 Tính mới và sáng tạo:

1 Thiết kế chế tạo thiết bị quang hợp sinh học dạng ống mềm phẳng phù hợp mọi địa hình đất đai, giá

rẽ, dễ lắp đặt, khác với các loại thiết bị trên thế giới thường là ống cứng hoặc ống mềm gợn sóng quang hợp kém

2 Phương pháp xử lý stress sắt tăng dầu trong tảo từ 9% lên 24%, trên thế giới đã có nhưng khác hàm lượng và cách thức

3 Phương pháp xử lý stress acid citric tăng dầu trong tảo từ 6% lên 17%, trên thế giới chưa có

4 Xác định thành phần hóa học của dầu tảo Chlorella vulgaris gốc ở biển Nha Trang nuôi ở điều kiện

phòng thí nghiệm

5 Xác định thành phần hóa học của biodiesel từ dầu tảo Chlorella vulgaris gốc ở biển Nha Trang nuôi

ở điều kiện phòng thí nghiệm

4 Kết qủa nghiên cứu:

1 Đã chế tạo hoàn chỉnh thiết bị quang hợp sinh học tuần hoàn nuôi tảo kín, làm việc ổn định cho sinh khối cao và sạch, không bị nhiễm, có thể nuôi được nhiều loại tảo

2 Đã chế tạo hoàn chỉnh thiết bị ly tâm và lọc màng phục vụ thu hoạch tảo

3 Chứng minh được tinh chế dầu tảo bằng phương pháp phối hợp hấp phụ và acid là tốt nhất

4 Xác định tính chất hoá lý dầu tảo Chlorella vulgaris cho thấy dầu tảo này có trên 50% acid béo no

phù hợp sản xuất biodiesel

5 Tổng hợp bước đầu biodiesel từ dầu tảo Chlorella vulgaris dòng nước mặn nuôi trong môi trường

đạm thấp Bước đầu thử nghiệm trên động cơ diesel Khó thực hiện phản ứng transesterification khi nuôi trong môi trường Hannay

Đề tài cấp bộ B2008-12-06

PGS.TS Trương Vĩnh, Bộ môn CNHH –Đại Học Nông Lâm TP HCM

vii

6 Chứng minh các xử lý sắt, acid citric và N có ảnh hưởng tăng hàm lượng dầu trong tảo

7 Xây dựng qui trình công nghệ nuôi tảo tăng dầu

8 Xây dựng qui trình thu hoạch và chế biến biodiesel từ vi tảo

5 Các sản phẩm của đề tài:

1 Thiết bị quang hợp sinh học nuôi sinh khối vi tảo kiểu tuần hoàn

2 Qui trình công nghệ nuôi sinh khối tảo tăng hàm lượng dầu

3 Thành phần acid béo của dầu tảo Chlorella vulgaris

4 Thành phần methyl ester của biodiesel từ tảo Chlorella vulgaris

5 Dầu và biodiesel từ tảo Chlorella vulgaris

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

1 Các kết quả nghiên cứu có tính khoa học

2 Thiết bị quang hợp sinh học nuôi sinh khối tảo bảo đảm vệ sinh và không lây nhiễm Thiết bị có thể

áp dụng nuôi tảo sản xuất biodiesel hoặc làm thực phẩm

3 Dầu và biodiesel từ tảo Chlorella vulgaris hiện tại có giá thành còn cao, tuy nhiên tiềm năng ứng

dụng là có khi hoàn thiện hơn công nghệ nuôi và chế biến vì tảo chiếm ít đất, chỉ 1/21 lần so với cây

cọ dầu, để đáp ứng cùng mục tiêu năng lượng phục vụ vận chuyển

Đề tài cấp bộ B2008-12-06 viii

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING

Chemical Engineering Department

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Study on the production process of Biodiesel from microalgae of Vietnam

Code number: B2008 – 12- 66

Coordinator: Assoc Prof Dr Truong Vinh

Implementing institution: Nong Lam University

Cooperative Institution(s):

Duration: 24 months from 04-2008 to 04-2010

2 Objectives:

1 Study of local microalgae sources that are suitable for biodiesel processing

2 Research on procedure for algae growing to produce biodiesel in fresh and salted water

3 Evaluation of suitability of microalgae oil in biodiesel production growing in Viet nam environmetal condition

4 Evaluation of biodiesel quality producing from Vietnamese algae sources

5 Finding the optimum procedures for algae concentration, extraction, transesterification, methanol and by-products recovery in order to assess initially the effectiency of biodiesel production in Viet nam

3 Creativeness and innovativeness:

1 Design and manufacturing of low cost turbular photobioreactor with soft smooth tubes which are flexible to land condition The conventional model normally used hard tube or flexible ridged tube limited in sunlight transmitting

2 Method of iron stress treatment is different from the world published methods in terms of amount and procedure The oil content of algae increased from 9 to 24%

3 Development of stress treatment using citric acid which is a new method through out the world The oil content of algae increased from 7 to 17%

4 Determination of chemical composition of fatty acids of Chlorella vulgaris isolated from

Nha Trang sea

5 Determination of chemical composition of methyl esters of biodiesel produced from

Chlorella vulgaris oil isolated from Nha Trang sea

4 Results obtained:

1 Successfully fabricated a photobioreactor for closed algae growing which has worked properly producing clean and high biomass without infection The system can be used to grow different alage varieties

2 Successfully fabricated centrifugal and membrane separators used for algae harvesting

3 The best method for algae oil refining has been proved to be a combination of adsorptive agent before acid treatment

4 Determination of physico-chemical properties of chlorella vulgaris oil showing that the

composition of this oil has more than 50% free fatty acid which is suitable for biodiesel production

5 Successfully carried out the transesterification of chlorella vulgaris oil for biodiesel The

preliminary application of biodiesel on diesel engine has also tested

Đề tài cấp bộ B2008-12-06

PGS.TS Trương Vĩnh, Bộ môn CNHH –Đại Học Nông Lâm TP HCM

ix

6 Demonstration of the effect of the treatments of feris, acid citric and nitrogen on oil content

of microalgae during growing

7 Building the technological procedure of growing of microalgae for higher oil content

8 Building the technological procedure of algae harvesting and biodiesel processing

5 Products:

1 Low cost turbular photobioreactor

2 Procedure for algae growing to enhance oil content

3 Composition of fatty acid of Chlorella vulgaris oil

4 Composition of methyl esters of Chlorella vulgaris biodiesel

5 Oil and biodiesel from Chlorella vulgaris

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

1 The results of the projects are scientific

2 The photobioreactor for mass production of algae is free from infection It can be applied for biodiesel or food purposes

3 The cost of oil and biodiesel from Chlorella vulgaris is still high currently, however, the potential

of using algae for biodiesel is realistic once the growing and processing technology are improved as algae occupies less land- only 1/21 compared to palm oil- to satisfy the energy for transport demand

Đề tài cấp bộ B2008 1

Chöông 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nguồn nhiên liệu dầu mỏ đang cạn kiệt dần, ngoài ra đốt nhiên liệu dầu mỏ sinh ra khí CO2 gây nên vấn đề môi trường Do vậy, dùng nhiện liệu diesel sinh học để thay thế nhiên liệu dầu mỏ là vấn đề cấp thiết Hiện tại biodiesel đã được sản xuất phổ biến trên thế giới từ các loại cây họ dầu như bắp, đậu nành, canola, dầu dừa và dầu cọ (Chisti Y 2007) Trong số đó, dầu cọ cho năng suất dầu cao nhất (5950 lít/ha) Theo tính toán của Hoa Kỳ, nếu dùng dầu cọ thì phải cần tới 24% diện tích đất trồng trọt mới thỏa mãn 50% nhu cầu dầu diesel Nếu dùng vi tảo có hàm lượng dầu 70% chất khô cho năng suất 136900 lít/ha thì chỉ cần 1.1% diện tích đất trồng có thể thỏa mãn 50% nhu cầu dầu diesel Như vậy rõ ràng dùng vi tảo lợi hơn dùng các lọai cây họ dầu do năng suất dầu cao gấp 19-23 lần so với cây cọ dầu Tuy nhiên, giá thành sản xuất dầu từ vi tảo vẫn còn cao Theo Chisti (2007), giá thành petrodiesel là 0.5 USD/lít, dầu cọ là 0.66 USD/lít và vi tảo là 1.4 USD/lít (chứa 30% dầu) Vậy muốn giá dầu biodiesel từ vi tảo bằng với petrodiesel thì hàm lượng dầu trong tảo phải đạt 57% Nuôi tảo dị dưỡng (heterotrophic) cho hàm lượng dầu cao (55%, theo Miao 2006) nhưng chiếm đất gấp 1,4 lần so với nuôi tự dưỡng (autotrophic) Các loại vi tảo bình thường sản xuất dầu có

nhiệt trị từ 18-21 kJ/g Trong lúc vi tảo Chrorella trong điều kiện tự dưỡng, sản xuất dầu có nhiệt trị tới 28

kJ/g (Scragg et al, 2002) Vì vậy, chế độ nuôi tảo để tăng năng suất sinh khối, có tỉ lệ dầu và nhiệt trị cao còn

là vấn đề cần nghiên cứu

Ý tưởng sản xuất biodiesel từ vi tảo đã có từ lâu (Chisti Y, 1980) Nghiên cứu sản xuất biodiesel từ

vi tảo đã được thực hiện từ 1994 do Roessler và cộng tác viên, sau đó được tiếp tục bởi nhiều tác gỉa Biodiesel là sản phẩm của phản ứng giữa dầu và rượu có xúc tác acid hoặc kiềm Tuy nhiên xúc tác kiềm kinh tế hơn do phản ứng nhanh hơn xúc tác acid 4000 lần, hệ số chuyển đổi cao (98%), nhiệt độ và áp suất phản ứng thấp, không gây hao mòn vật liệu buồng phản ứng (Schuchardt và ctv, 1998; Fukuda và ctv., 2001) Với tảo nuôi dị dưỡng, tác giả Miao (2006) cho rằng xúc tác acid phù hợp hơn Do vậy, việc tiếp tục nghiên cứu tối ưu phản ứng transesterification và chế độ trích ly dầu cũng như các quá trình tinh luyện, thu hồi, sử dụng phụ phẩm cũng phải cần nghiên cứu để giảm giá thành sản xuất

1.2 Mục đích

1 Khảo sát các nguồn vi tảo trong nước thích hợp cho nguyên liệu sản xuất biodiesel

2 Nghiên cứu qui trình công nghệ nuôi tảo sản xuất được dầu biodiesel ở điều kiện nước ngọt nhằm áp dụng

ở các nhà máy hoặc nơi thải ra nhiều khí CO2 góp phần cải thiện môi trường

3 Nghiên cứu qui trình công nghệ nuôi tảo sản xuất được dầu biodiesel ở điều kiện tự dưỡng ở điều kiện nước mặn

4 Đánh giá chất lượng biodiesel sản xuất trong điều kiện nguồn tảo ở Việt Nam

5 Tìm qui trình tối ưu cho các công đoạn cô đặc, chiết dầu, chuyển đổi dầu thành biodiesel, thu hồi methanol

và tận dụng phụ phẩm để bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất biodiesel trong điều kiện Việt nam

Đề tài cấp bộ B2008

PGS.TS Trương Vĩnh, Bộ môn CNHH –Đại Học Nông Lâm TP HCM

2

Chöông 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Qui trình chung sản xuất biodiesel

Qui trình chung sản xuất biodiesel và các phụ phẩm từ tảo cho trên hình 3.2

 Trích ly: bột tảo khô được trích ly bằng phương pháp Soxhlet dung môi hexan

 Tách dầu: dùng cô đặc chân không để tách dầu và thu hồi hexan

 Tách tạp chất: sử dụng acid khoáng và rửa bằng phương pháp Folch

 Phản ứng biodiesel: Dùng methanol với lượng dư (tỉ lệ 15,68% theo khối lượng hỗn hợp dầu-methanol), xúc tác KOH tại nhiệt độ 56o

C-60oC trong 2-4 giờ

 Lắng: hỗn hợp sau phản ứng được lắng 12 giờ để tách lớp trên và dưới

 Biodiesel thô được rữa nước và sấy để có biodiesel

2.2 Các nội dung thực hiện

Nội dung 1: Khảo sát nguồn nguyên liệu vi tảo trong nước, thí nghiệm thăm dò sinh khối và đo đạc cơ bản

Nội dung 2: Thiết kế, chế tạo các thiết bị phục vụ đề án

Nội dung 3: Nghiên cứu hàm lượng dầu nuôi qui mô phòng thí nghiệm và khảo sát chiết tách dầu tảo

Nội dung 4: Nghiên cứu tăng hàm lượng dầu trong tảo

Nội dung 5: Nghiên cứu hàm lượng dầu và sinh khối tảo nuôi qui mô pilot

Nội dung 6: Nghiên cứu tinh chế dầu và xác định các tính chất hoá lý của dầu tảo

Nội dung 7: Khảo sát phản ứng biodiesel và đánh giá chất lượng biodiesel từ tảo so với các loại dầu khác Nội dung 8: Thử nghiệm trên động cơ diesel

Đề tài cấp bộ B2008 3

Chöông 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nội dung 1: Khảo sát nguồn nguyên liệu vi tảo trong nước, thí nghiệm thăm dò sinh khối và đo

đạc cơ bản

3.1.1 Kết quả chọn lựa nguồn nguyên liệu

Tảo Chlorella sp (nước ngọt và mặn) xuất xứ ĐH Cần Thơ, Trung Tâm Quốc Gia giống Hải sản Nam bộ và Khoa Thủy sản Trường Đại học Nông Lâm, Tp Hồ Chí Minh Chlorella Vulgaris (nước mặn) xuất xứ biển Nha Trang, Nannochloropsis oculata biển Quảng Ninh (nước mặn) do Viện CNSH Việt nam thuần chuẩn

3.1.2 Thí nghiệm thăm dò sinh khối

Nuôi tảo Chlorella sp trong môi trường Hannay cải tiến ở hai nồng độ muối 1.5% và 2%, với cường độ

chiếu sáng 2500 – 3500 lux, có sục khí liên tục, mật độ đầu 1.4 triệu tb/ml, dung tích bình 0.5 lít và 5 lít Tảo

phát triển đạt cực đại sau 7-8 ngày đạt 40-60 triệu tb/ml Kết quả cho thấy tảo Chlorella sp là loài là loài rộng

muối phát triển được ở các loại nước ngọt, lợ, mặn khác nhau

Kết luận:

Kết quả cho thấy tảo Chlorella sp là loài là loài rộng muối phát triển được ở các loại nước ngọt, lợ,

mặn khác nhau, có thể nuôi ở nhiều môi trường thức ăn khác nhau Dung tích bình càng lớn cho sinh khối càng thấp do việc cung cấp ánh sáng và sục khí khó hơn, nên việc cung cấp ánh sáng và sục khí quan trọng

3.1.3 Khảo sát phân bố ánh sáng của đèn huỳnh quang

Do tính quan trọng của ánh sáng nhận xét ở 4.1.2, mục này trình bày các khảo sát về sự phân bố ánh sáng của đèn huỳnh quang giúp bố trí hợp lý trong phòng thí nghiệm

Với đèn 1.2m, đo độ Lux ánh sáng theo dọc bóng đèn (độ dọc x) và theo khoảng cách độ xa với bóng đèn (độ xa L) Kết quả cho thấy dọc theo bóng đèn (độ dọc x) ít thay đổi từ khoảng cách 100mm so với đầu bóng Nhưng độ xa L ảnh hưởng rất lớn đến cường độ ánh sáng

Phương trình hồi quy của cường độ sáng đèn huỳnh quang 1.2m:

Thí nghiệm trên 3 mẫu tảo Chlorella sp khác nhau Quét các mẫu trên từ bước sóng 406 đến 680 nm

cho thấy độ hấp thu tốt nhất ở 412nm cho cả 3 mẫu Vậy bước sóng 412nm được chọn để đo mật độ tảo

4.1.4.2 Công thức đo mật độ tảo bằng OD

Dùng dịch môi trường nuôi tảo làm mẫu trắng và quét mẫu dịch tảo ở bước sóng 412nm, tìm được tương quan Phương trình dự đoán mật độ tảo triệu tb/mL (Y) theo độ hấp thu (X) như sau:

Chlorella sp : Y = 30.77X (4.2a) và Chlorella Vulgaris : Y = 20.09X (4.2b)

Kết luận: Mật độ tảo có thể xác định nhanh bằng phương pháp đo OD

3.2 Nội dung 2: Thiết kế, chế tạo các thiết bị phục vụ đề án

3.2.1 Thiết kế, chế tạo thiết bị quang hợp sinh học tuần hoàn

Thiết bị nuôi dạng ống plastic đường kính Ф = 70mm và 140mm được chọn để thiết kế Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị cho trên hình 3.1 Các thông số chọn: Vo = 138 lít, thể tích chứa dịch trong ống

Đề tài cấp bộ B2008

PGS.TS Trương Vĩnh, Bộ môn CNHH –Đại Học Nông Lâm TP HCM

4 quang hợp, Vt = 30 lít, thể tích chứa dịch trong thùng bài khí, chiếm tỉ lệ 30/138 = 22% thời gian không quang hợp trong một chu kỳ, L = 44m là tổng chiều dài ống quang hợp, Lo = 2m là chiều dài 1 ống

Bảng 3.1: Tóm tắt các thông số kỹ thuật thiết bị QHSH

Chiều cao cột đẩy (m)

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị quang hợp sinh học tuần hoàn (QHSH)

3.2.2 Thiết bị ly tâm và màng lọc

4.2.2.1 Nguyên lý

Máy ly tâm quay ở tốc độ cao để tách nước ra khỏi tảo Thiết bị bao gồm roto quay, thùng chứa, thùng nạp liệu Dịch được cung cấp vào giữa roto quay, dưới tác dụng lực ly tâm dịch được ép vào thành roto Do tảo nặng hơn nước nên tảo được ép vào vách thành roto, còn nước ở bên ngoài và tách khỏi lớp tảo

Máy màng lọc hoạt động theo nguyên tắc áp lực Dịch được bơm ly tâm đẩy dọc trong ống màng có kích thước lổ nhỏ hơn đường kính tảo Áp lực đẩy nước qua ống màng tách ra khỏi lớp tảo Hệ thống được cải biên như Hình 2.2

Hình 3.2: Cấu tạo cụm màng lọc

Lưới lọc vải dùng thay cho màng

ceramic, bảng vẽ chi tiết Phụ lục 6

CO2

Không khí

Khí thoát

Nhập liệu

Hệ thống quang hợp

Hệ thống bơm

Mức nước

hr

LD

nước lưới lọc lưới đỡ

vỏ ngoài dịch vào

Khối lượng tảo khô K (mg/l)

Tỉ lệ trích ly dầu thô P (%)

Hàm lượng dầu thô M (mg/l)

BOD (mgO2/L) trước/sau nuôi

COD (mgO2/L) trước/sau nuôi

Ghi chú: Các số trung bình khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa ở độ tin cậy 93% (p < 0,07).Không khác biệt ở độ tin cậy 95%

Điều này cho thấy khả năng nuôi tảo trong môi trường nước thải vẫn sinh ra dầu khá cao và kết hợp

xử lý, cụ thể hạ BOD (COD) từ 81 (260) xuống 7.9 (78) mgO2/L sau khi nuôi, mở ra một hướng sản xuất dầu kết hợp xử lý nước thải, tận dụng nguồn dinh dưỡng nước thải

4.3.1.2 Nuôi dung tích 5000ml

Nuôi tảo Chlorella vu.l trong môi trường dinh dưỡng Nitơ thấp cải tiến Mật độ đầu: 1 trtb/ml, nước

thải nhà máy sản xuất ethanol không xử lý hấp Kết quả tảo sống bình thường, cho sinh khối cao 22.6 triệu tb/mL sau 360 giờ

Kết luận: Tảo có thể nuôi trong môi trường nước thải nhà máy sản xuất ethanol để cho ra dầu, vừa tận

dụng dinh dưỡng trong nước thải và vừa xử lý nước

3.3.2 Khảo sát sự thu hồi chất khô tảo bằng phương pháp ly tâm và cô đặc màng

Tảo nuôi ở các môi trường khác nhau như Hannay và đạm thấp ở các nồng độ tảo ban đầu khác nhau được thu hồi bằng hai phương pháp là ly tâm và cô đặc màng lọc Qua bảng cho thấy lượng thu hồi giữa hai phương pháp tương đương, tuy nhiên thời gian thu hồi đối với màng lọc gốm đường kính lỗ 0.05 µm quá chậm so với màng lọc cải tiến dùng giấy lọc Whatman đường kính lỗ 1.5µm và phương pháp ly tâm (Bảng 3.5) Như vậy, bảng 3.5 cho thấy dùng màng lọc ceramic 0.05 µm năng suất quá thấp, trong lúc đó màng lọc cải tiến đường kính lỗ 1.5µm có thể tương đương ly tâm khi áp suất bơm tăng lên 47.85 kPa Tuy nhiên, việc

sử dụng màng lọc còn khuyết điểm là công suất tiêu thụ cao hơn (1 kW) so với ly tâm (0.5 kW) và tảo có thể tổn thương ở áp lực cao, cần nghiên cứu thêm Hiên tại, phương pháp ly tâm được chọn do đơn giản và ít tiêu hao năng lượng

Đề tài cấp bộ B2008

PGS.TS Trương Vĩnh, Bộ môn CNHH –Đại Học Nông Lâm TP HCM

6

Bảng 3.4 : Khối lượng chất khô tảo (g/l) thu được ứng với phương pháp ly tâm và cô đặc màng ở các mật độ

ban đầu khác nhau nuôi ở môi trường đạm thấp (ĐT) và Hannay (H)

Phương pháp thu hồi Khối lượng chất khô tảo (g/l)

Trong đó ký hiệu ĐT-0.1 là môi trường đạm thấp mật độ ban đầu 0.1 triệu tb/L

Bảng 3.5: So sánh thời gian lọc của phương pháp màng lọc và ly tâm

Lượng nước lọc (kg)

Áp suất lọc (kPa)

Thời gian lọc (giờ) Màng lọc

0,05µm

Màng lọc 1.5µm Ly tâm

Rõ ràng tốc độ tăng trưởng tảo giảm khi tăng dung tích bình không bị ảnh hưởng bởi cấy chuyền mà

do sục khí yếu hơn 5 lần, ánh sáng cung cấp yếu hơn (bán kính bình 0.5 lít là 3cm; bình 5 lít là 10cm)

Kết luận: Việc nuôi chuyền tảo đạt đỉnh vòng trước cho vòng sau bảo đảm tảo sinh trưởng bình thường Tuy

nhiên việc tăng thể tích nuôi làm giảm tốc độ sinh trưởng chủ yếu do điều kiện sục khí và cung cấp ánh sáng kém hơn Kết luận này giúp chúng ta chú ý hơn về điều kiện sục khí và ánh sáng khi nuôi sản xuất

3.3.4 Thí nghiệm chiết dầu tảo bằng phương pháp soxhlet dùng các dung môi khác nhau

4.3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của các loại dung môi

Thời gian chiết cố định 4 giờ Dung môi được thay đổi khác nhau ở mỗi lượt chiết là n-hexan, eter dầu hỏa (60-90oC), hỗn hợp chloroform: metanol (2:1), diclorometane

Nhận xét: tỉ lệ ly trích dầu thô ở hỗn hợp chloroform:metanol (2:1) là cao nhất (14.33 %), tiếp đó là đến

n-hexan (8.62 %) nhưng do hỗn hợp dung môi chloroform:metanol (2:1) có tính phân cực cao nên có thể đã chiết luôn cả các hợp chất khác và màu sắc của cao chiết thu được không đồng nhất, có màu đậm đen do đó dầu thu được có chất lượng không cao Trong trường hợp dung môi eter dầu hỏa và diclorometane màu sắc cao chiết khá tương đồng với n-hexan, ít đậm, nhưng tỉ lệ ly trích dầu lại không bằng Vì vậy n-hexan được chọn là dung môi thích hợp nhất để tiến hành những thí nghiệm ly trích sau bằng phương pháp soxhlet